用熔体流动速率仪测试流变行为的数据处理

由熔体流动速率的定义可得 :
MFR =mt ×600 =ρVπR2 ×600 =ρQ ×
600
(7)
式中 MFR ———表示熔体流动速率 m ———表示在一定的时间 t 流出的高
聚物的质量
t ———表示流出 m 质量高聚物所用的
时间
ρ———表示熔体的密度
V ———表示熔体的平均速率
则可得 :
Q =ρM×F6R00
Data Processing of Rheological Behaviors Tested by Melt Indexer
Zhang Deming and Chen Xiaomin
(Research Institute of Yueyang Petrochemical General Works , Yueyang 414014)
(10)
其定义为 :
n =dd11ggτγwN
(11)
即用实验测得的 1g rN 对 1g τW 作图 , 求
出曲线上每点的斜率 , 然后代入(10)式 , 可得
经过校正的切变速率 γ。
从(10)式可以看出 , 当 n =1 时 , 熔体表
现出牛顿流体性质 , 所以 n 的大小直接反映
了流体偏离牛顿型的程度 。
计算值/ s -1 测量值/ s -1 相对误差/ ‰
2 .16 kg
5.79 5.80 1 .7
5 kg
24 .83 24 .82 0 .4
10 kg
100.42 100.38
0 .4
参考文献
1 金日光 .高聚物流变性及其在 加工中的 应用 .化 学工业出版社 , 1986
注 :测试条件为 230 ℃、预热 5 min。
5 kg 、10 kg 砝码测得的剪切速率与用(14)式
按 MFR 和 ρ的计算值比较见表 2 。
表 2 剪切率速率比较表
从表 2 中可知 :计算值与测量值的相对 误差小 , 是在误差允许的范围之内 。因此可 以对剪切速率不进行 Rabinowitsch-Mooney 校 正 , 即 γN ≈γ。 2.3 表观粘度的应用与检验
Keywords :Melt flow rate , Rheological behavior , Data processing
将 5 MPCA 熔体流动速率仪的圆型口模
的直径 d =2 .095 mm , 长度 L =8 .000 mm 以
及活塞杆的直径 d c =9 .474 mm 代入(4)式并 换算成国际单位制得 :
τw
=3
.140
2 .095 ×(0 .947)2 ×8
.000
×9
.800
×
104 ×F
=9 .100 ×103F
1 理论部分
1.1 剪切应力的计算 由高分子熔体在毛细管中流动的理论可
收稿日期 :1999-12-30
知 :剪切应力 τw 与压力降 ΔΡ存在如下
关系 :
τw·2πrL =ΔΡ·πr2
(1)
式中 τw ———表示圆型口模壁的剪切应力 r ———表示距圆型口模中心的距离
L ———表示圆型口模的长度
(8)
将(8)代入(6)式可得剪切速率的计算公
式:
γN =π4RQ3 =ρπ4RM3 F×R600 =15M0πFRR3 ρ
(9)
对非牛顿流体 , 其流动行为偏离牛顿型
流体 , 因此需要对偏离的行为进行校正 , 根据
Rabinowitsch-Mooney 经验公式 :
γ=γN
×(3
n 4
+1) n
式中 n ———非牛顿指数即流变指数
9 .4742mm
d ———表示圆型口模的直径
L ———表示圆型口模的长度
虽然口 模的长 径比 L/ D (8/ 2 .095 ≈4) 小 , 但是口模的内径远比一般的毛细管大 , 因
此入口处流体的速度和流线变化引起的粘性
6 8
用熔体流动速率仪测试流变行为的数据处理
摩擦能量耗散和弹性拉伸形变也较小 , 所以
0 .8
从表 3 中可知 :计算值与测量值的相对误 差小, 是在误差允许的范围之内 , 即 :ηα=η。
3 结论
从表观粘度 、剪切速率和剪切应力来看 , 本文推导公式的计算值和商品仪器实测值相 符合 , 都在误差允许范围之内 , 说明用毛细管 理论来解释熔体流动速率仪的测量原理是完 全合理的 。
5 MPCA 的 口 模 半 径 R =2 .095/ 2 = 1 .048 mm 代入(9)式可得 :
γN =1 .846 ×MρFR
(14)
从(14)可知 :剪切速率与熔体流动速率
MFR 成正比 , 而与熔体密度成反比 , 用 5 MP-
CA 熔体流动速率仪对 PP-F 401 在 2 .16 kg 、
关键词 :熔体流动速率 流变行为 数据处理
0 前言
熔体流动速率是在一定的条件下 , 一定 的时间内挤出的热塑性物料的量 , 即熔体每 10 min 通过标准口模的质量[ 1] 。 它的大小反 映了熔融态高聚物流动性的好坏 , 因此熔体 流动速率是 高分子 合成 、加 工的重要 指标 , GB 3682 —83 专门规定了热塑性塑料的熔体 流动速率测试方法 , 熔体流动速率仪是应用 最广泛的仪器 。
第 14 卷第 4 期 2000 年 4 月
中 国 塑 料
CHINA PLASTICS
Vol 14 No 4 Apr 2000
分析与测试
用熔体流动速率仪测试流变行为的数据处理
张德明 陈小敏
(岳阳石油化工总厂研究院 , 岳阳 414014)
摘 要
推导了采用熔体流动速率仪测试流变行为的剪切速率 、剪切应力和表观粘度的 计算公式 , 以及砝码重量与剪切应力的关系 、熔体流动速率与剪切速率的关系 , 并用 实验加以检验 。
可以不进行入口校正 。
若需作校正 , 亦可进行 Bagley 校正 , 即
τ= ΔΡ = 2F 2(RL +e) πd c2(RL +e)
(5)
在某一剪切速率下 , 测定不同长径比的
口模(1 .180 mm 、2 .095 mm)压 力降 ΔΡ, 以
ΔΡ对 L/ D 作图 , 得一直线 , 在 L/ D 轴上的
(13)
由(13)式可知 :剪切应力仅与砝码的重
量有关 , 而与其他因素无关 , 用 5 MPCA 熔体
流动速率仪对 PP-F401 在 2 .16 kg 、5 kg 、10 kg
2000 年 4 月
中 国 塑 料
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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砝码测得的剪切应力测量值与用式(13)按砝 码重量的计算值比较见表 1 。
Δ Ρ———表 示压 力降
R ———表示圆型口模的半径
由(1)式得 :
τw =Δ2Ρ··LR
(2)
而 ΔΡ=AFP =π4dFc2
(3)
将(3)代入(2)可得 剪切应力 的计算公
式:
τw
=πdd
·F c2·L
(4)
式中 F ———表示压力即所加砝码的重量
AP ———表示活塞杆的面积
dc ———表 示 活 塞 杆 的 直 径 , dc =
由表 1 、表 2 的计算值和(12)式计算的表 观粘度与 5 MPCA 测得的粘度值见表 3 。
表 3 表观粘度比较表
计算值/ Pa·s 测量值/ Pa·s 相对误差/ ‰
2 .16 kg
3394 .8 3389 .5
1 .6
5 kg
1832.5 1833.4
0 .5
10 kg
906.2 906.9
1.2.2 表观粘度的计算
由表观粘度 ηa 的定义可得 :
ηα=γτ 式中 ηα———表观粘度
(12)
τ———校正后的剪切应力
γ———校正后的剪切速率
2 应用与检验
我们 采 用英 国 Ray-Ran 公 司进 口 的 5
MPCA 全自动熔体流动速率仪对上述计算公
式进行检验 。
2.1 剪切应力的应用与检验
表 1 剪切应力比较表
计算值/ P a 测量值/ P a 相对误差/ %
2 .16 kg 19656 19663 0.36
5 kg 45500 45516 0 .35
10 kg 91000 91034 0 .37
注 :测试条件为 230 ℃、预热 5 min。
从表 1 可知 :计算值与测量值很接近 , 其 相对误差均小于 0 .4 ‰, 是在误差允许的范 围之内 , 因 此可以对剪切应力 不进行 Bagley 校正 , 即 τw ≈τ。 2.2 剪切速率的应用与检验
目前从国外进口的一些全自动熔体流动 速率仪不仅可以测量熔体流动速率 , 而且还 可测量一定范围内的剪切速率 、剪切应力 、表 观粘度 , 但是数据处理微型计算机化 , 由于没 有这方面的有关说明资料 , 文献资料也未见 报导 , 因此为了了解它的测量原理 , 我们对此 进行了探讨 。由于熔体流动速率仪的测量系 统与毛细管流变仪十分类似 , 因此 , 我们运用 毛细管流变仪的测量理论来解释熔体流动速 率仪测量高分子在低剪切速率范围的流变性 能的问题 。
ABSTRACT
Calculating formulae of shear rate , shear stress and apparent viscosity in rheological behaviors tested by melt indexer are deduced .Relationship between the weight and shear stress , melt flow rate and shear rate is dealt with , their reliabilities are tested .
截距即为 -e 。
最后用式(5)可计算校正后的剪切速率 。
1.2 剪切速率及表观粘度的计算
1.2.1 剪切速率的计算
对于牛顿流体 , 在标准口模内的流动速
率剖面是一条 抛物线 , 因此 满足 Rabinowitch
方程
γN =π4RQ3 式中 Q ———表示体积流量
(6)
R ———表示标准口模的半径